ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Способ управления мощностью двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания по Шобанову

Рекомендуемая область пременения

Автомобилестроение, судостроение, машиностроение и других областях

Назначение, цели и задачи проекта

Назначение проекта – обеспечение выпуска большинства выпускаемых автомобилей в мире с нашими двигателями, снижение экологической нагрузки на планету, получение соответствующей прибыли.

Двигатель в режиме городского цикла большую часть времени работает на средних и малых нагрузках, поэтому целью работы является разработка способа управления ДВС, минимизирующего токсичность отработавших газов при его работе на средней мощности и проектирование реализующего его двигателя внутреннего сгорвния.

Для достижения поставленной цели необходимо решены следующие задачи:

·разработка оптимизированного описания процесса горения топлива в камере сгорания ДВС;

·разработка установки для исследования процессов в СПД;

·исследование влияния режимов работы СПД на токсичность отработавших  газов;

·создание математической модели термодинамических процессов СПД и реализация ее на ЭВМ;

·анализ данных, полученных на экспериментальной установке, и оценка их адекватности путем сравнения с теоретическими расчетами.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Причиной значительного загрязнения атмосферы  в крупных городах является  большое количество автотранспорта, оснащенного ДВС, поэтому проблема борьбы с загрязнением воздуха отработавшими газами с каждым годом приобретает все большую актуальность.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Использование свободнопоршневого двигателя (СПД) - это один из наиболее перспективных способов для изменения экологической обстановки в мире. Особенностью СПД является отсутствие жесткой кинематической связи между поршнями машины и валом отбора мощности, что достигается применением преобразователя колебаний поршня в оборотное движение вала отбора мощности и является конструктивным (существенным) отличием таких двигателей.

Используется гидросистема вместо КШМ, которая отличается высокой эффективностью и хорошими массогабаритными характеристиками.

Разработан способ управления работой ДВС, минимизирующий токсичность отработавших газов при работе на средней мощности.

Схема работы двигателя.

Ход поршня при сжатии и съем энергии при рабочем ходе поршня, а также управление впускным клапаном может осуществляться пневматическим, гидравлическим, электрическим, механическим и другими способами, что на фиг.1 не показано.

Перед началом работы двигателя поршень 1 (фиг.1) находится в нижнем по схеме положении. Как правило, поршень 1 остается в этом положении после окончания предыдущего цикла или устанавливается в него по команде системы управления (не показана). Впускной клапан 2 открывается и происходит заполнение цилиндра 3 порцией воздуха и/или происходит продувка цилиндра 3 через каналы 4 (фиг.1а).

Далее поршень начинает свое движение вверх, закрывая каналы 4. При максимальной мощности двигателя впускной клапан 2 закроется практически сразу (фиг.1б), чтобы количество воздуха и, соответственно, топлива в камере сгорания были максимальны.

Если нет потребности в полной мощности двигателя, то системой управления принимается решение об уменьшении рабочего объема путем изменения точки начала сжатия. Поршень 1 в такой ситуации продолжает двигаться вверх еще некоторое время, не сжимая воздух, так как впускной клапан 2 не закрыт (фиг.1в).

В момент, определенный системой управления, в зависимости от требуемой мощности впускной клапан 2 закрывается с помощью исполнительного устройства пневматического, гидравлического, электрического, механического или другого типа (не показано) и начинается сжатие (фиг.1г).

В дизельном двигателе в момент, близкий к максимальному сжатию воздуха (положение поршня показано пунктирной линией), форсунка 5 подает топливо в камеру сгорания. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от искры (не показано). Топливо воспламеняется, повышается давление, и продукты сгорания, расширяясь, меняют направление движения поршня - начинается рабочий ход поршня - получение энергии. В конце хода открывается выпускное окно 4 и отработавшие газы удаляются из цилиндра 3 двигателя. Открывается впускной клапан 2, происходит продувка. Системой управления при помощи пневматического, гидравлического, электрического, механического или другого способа поршень 1 останавливается в исходном, нижнем, положении (фиг.1), и цикл повторяется.

В частном случае за счет задержки поршня 1 системой управления в верхнем положении (показано пунктиром) можно получить камеру сгорания с постоянным объемом на время, необходимое для наиболее полного сгорания топливной смеси.

Из описания принципа действия двигателя следует, что процесс управления мощностью двигателя позволяет иметь не только двигатель изменяющегося рабочего объема с возможностью настройки на любое топливо, но и с максимально возможным ходом расширения.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Финансирование предлагаемого проекта необходимо для изготовления опытной партии и патентования за рубежом. Приблизительно с таким двигателем через несколько лет будет выпускаться не менее трети новых автомобилей, то есть 50-100$ долларов от каждого из 2х-5млн. авто в год.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

- Уменьшение расхода топлива

- Увеличение КПД двигателя

- Улучшение экологических характеристик по CO и CxHy

- Сокращение расходных материалов для изготовления конструкции

Новые потребительские свойства продукции

•Улучшение динамических характеристик транспортного средства
•Легкость запуска двигателя даже при сравнительно низкой температуре окружающей среды
•Нет необходимости в применении катализаторов
•Легко реализуется схема полного привода, что улучшает проходимость транспортного средства
•Модульность конструкции и как следствие повышение надежности двигателя в целом

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Соответствие требованиям соответствующих стандартов.

Стадия и уровень разработки

Предлагаемые инвестиции

1,7 млн. руб.

Рынки сбыта

Технология может быть использована ВСЕМИ крупнейшими мировыми производителями автомобилей.

Возможность и эффективность импортозамещения

Технология не имеет аналогов. Предлагаемый двигатель наиболее эффективен в городском цикле движения автомобиля и в режимах неполной мощности (например, при равномерном движении со скоростью 90 км/ч). В режиме полной мощности, который у современных автомобилей в обычной эксплуатации используется очень редко, по свойствам двигатель сопоставим с TDI. Основные преимущества проекта: 1. теоретически обоснован высокий КПД двигателя, что подтвердил низкий расход бензина на экспериментальной установке - менее 195г/кВт*ч, во всем диапазоне возможных мощностей; 2. с уменьшением мощности КПД возрастает. 3. на экспериментальной установке получена токсичность отработанных газов соответствующая нормам ЕВРО-3 без применения(!) катализаторов; 4. проверена возможность эффективно использовать различные виды топлива (бензины, водород, спирты, биогаз) и производить замену топлива без остановки двигателя. 5. 90% максимального крутящего момента двигателя доступно с 10 об/мин до максимальных; 6. хорошая динамика и плавность разгона, удобство управления автомобилем; 7. может быть реализована эффективная рекуперация, т.е. возможность накопления энергии во время торможения, что особенно выгодно для городских автобусов и маршрутных такси; при этом расход топлива в городском цикле будет меньше, чем у аналогичных автомобилей в загородном цикле; 8. высокая эффективность торможения двигателем, вплоть до использования обычных тормозов только для экстренных торможений; 9. возможность накопления энергии для последующего разгона во время остановки автомобиля, например, на красный свет светофора; 10. низкая температура отработанных газов и меньший шум выхлопа; 11. высокая технологичность изготовления (в конструкции широко применяются детали, на которые уже существует массовое производство); 12. возможность создания типового ряда (1-2-3-4...-12… цилиндров) без потери мощности каждого цилиндра, позволяющего увеличить серийность изготовления большинства деталей; 13. ресурс двигателя, даже без использования керамики, будет выше ресурса традиционных ДВС; 14. возможность изготовления наиболее теплонагруженных деталей из керамики (так называемый «керамический двигатель») вплоть до отсутствия системы охлаждения или существенного ее упрощения; 15. компактность двигателя позволяет установить его в существующие конструкции автомобилей; 16. цена двигателя (КПП ему не нужна) соизмерима с ценой современного двигателя, оснащенного автоматической коробкой скоростей и выполняющего требования ЕВРО 3;

Возможность выхода на мировой рынок

Технология может быть использована крупнейшими мировыми производителями в области двигателестроения.

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

30.10.2007